儲呈晨，王龍辰，畢帆，金瑋，李斌

1.上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院 a.醫(yī)院管理研究中心；b.醫(yī)學裝備處，上海 200233；

2.上海申康醫(yī)院 發(fā)展中心，上海 200041；3.上海交通大學中國醫(yī)院發(fā)展研究院 醫(yī)院經(jīng)營研究所，上海 200233

引言

隨著醫(yī)用磁共振成像設備在臨床診斷方面的廣泛應用，其影像質(zhì)量備受關(guān)注，為保障病人權(quán)益，需進行磁共振質(zhì)量保證和質(zhì)量控制。早在2004年，國家衛(wèi)生部聯(lián)合國家發(fā)展和改革委員會、財政部發(fā)布了《大型醫(yī)用設備配置與使用管理辦法》[1]，根據(jù)文件精神，上海市醫(yī)療設備器械管理質(zhì)量控制中心受上海市衛(wèi)生和計劃生育委員會監(jiān)督所委托，于2015年6～8月對上海市二級乙等公立醫(yī)院和民營醫(yī)院新安裝與在用磁共振設備的應用質(zhì)量進行了質(zhì)量控制檢測與評價工作。在具體工作中發(fā)現(xiàn)設備有些檢測參數(shù)達到了WS/T263-2006《醫(yī)用磁共振成像（MRI）設備影像質(zhì)量檢測與評價規(guī)范》標準要求，但數(shù)值較低，圖像質(zhì)量不夠滿意。從臨床應用角度來說，磁共振成像設備的圖像質(zhì)量對正確診斷更為重要，而磁共振圖像質(zhì)量受多種因素影響，如操作技師水平，掃描序列參數(shù)調(diào)整以及病人配合檢查的情況[2]等，但最主要的還是磁共振成像設備本身成像質(zhì)量。磁共振設備的影像質(zhì)量狀態(tài)檢測與臨床圖像評估不同，前者檢測對象為固定的成像水模，檢測條件也是提前設置好，因此指標參數(shù)較為客觀，可定量分析。而臨床圖像質(zhì)量評價的依據(jù)大多是主觀，如解剖結(jié)構(gòu)的顯示可分為清晰可見、清晰度尚可、清晰度差等[3-4]。模糊評價法可應用于對多指標系統(tǒng)進行綜合評價，如在風電機組的可靠性評估[5]，航空發(fā)動機的性能評估[6-8]、小子樣產(chǎn)品的可靠性評價[9]等方面的研究。本文嘗試運用模糊集理論，基于磁共振影像質(zhì)量狀態(tài)檢測的指標數(shù)據(jù)，開展多指標磁共振成像系統(tǒng)性能綜合評價方法的研究，評定磁共振設備成像質(zhì)量。

1 熵權(quán)修正模糊評定法

權(quán)重的確定是模糊評價方法的關(guān)鍵，熵權(quán)是利用信息熵原理，根據(jù)各個指標的變異程度，利用熵來計算各指標的客觀權(quán)重。如果某個指標的熵越小，表明其指標值的變異程度越大，提供的信息量越大，在綜合評價中所起的作用越大，其權(quán)重也應該越大。但熵權(quán)不能完全反映某項指標在整個體系中的重要度，不利于對關(guān)鍵指標的控制。而專家可根據(jù)指標的重要度，分配不同的權(quán)重，但受知識和認知領(lǐng)域的影響，權(quán)重往往有一些主觀因素。本文將熵權(quán)與專家權(quán)重結(jié)合，使磁共振成像性能評價更加合理，同時加強了系統(tǒng)客觀成像質(zhì)量與臨床圖像質(zhì)量之間的聯(lián)系。

1.1 建立決策矩陣

設測試的磁共振設備圖像質(zhì)量由m個數(shù)據(jù)樣本構(gòu)成，每個樣本由n個決策指標加以描述，構(gòu)造原始評價指標矩陣X=(xij)m×n，見式(1)，如何根據(jù)這n個決策指標來綜合評價磁共振設備圖像質(zhì)量的優(yōu)劣，這是綜合評估所要解決的主要問題。

1.2 數(shù)據(jù)歸一化處理

對于原始評價指標矩陣X，若n個待考核的指標量綱不同，需要對指標進行標準化處理，因為在求信息熵的過程中，0對應的信息熵為無窮大，沒有意義，所以將數(shù)據(jù)標準化成(0,1)區(qū)間數(shù)據(jù)，本文采用二范數(shù)法進行標準化為Y=(yij)m×n，具體計算公式如下：

1.3 熵權(quán)的計算

熵是系統(tǒng)狀態(tài)不確定性的一種度量。當系統(tǒng)可能處于幾種不同狀態(tài)，每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為Pi(i=1,2,3,...,m)，則有m個待評狀態(tài)、n個評價指標的產(chǎn)品系統(tǒng)的熵定義[10-11]為：

對于標準化評價指標矩陣Y=(yij)，對于某個指標yj的信息熵為：

式中k=1/lnn；m為樣本數(shù)；n為評價指標數(shù)量；Pij為第j項指標下第i中狀態(tài)指標值的比重，即：

第j項指標的熵權(quán)定義為：

由此，得到基于熵權(quán)的評價指標權(quán)向量為：

1.4 熵權(quán)的修正

在對多個單項指標進行綜合評價中，合理的分配權(quán)重是量化評估的關(guān)鍵。權(quán)重的構(gòu)成是否合理，直接影響到評估體系是否科學。以下是采用專家經(jīng)驗和熵值賦權(quán)的主、客觀賦權(quán)相結(jié)合的方法確定指標綜合權(quán)重。

假設根據(jù)專家經(jīng)驗賦予給指標的權(quán)重為WE=(w1H,w2H,...,wnE)，則綜合權(quán)重的公式為[5]：

式中wjH為熵權(quán)法確定的權(quán)值，wjE為專家評價權(quán)值。

1.5 建立評判等級

在《磁共振成像設備應用質(zhì)量檢測技術(shù)與評審》[12]和兄弟省的地方標準《醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)應用質(zhì)量等級評定技術(shù)規(guī)范》[13-14]的基礎上，將MR臨床照片質(zhì)量分甲、甲-、乙、乙-和丙5個等級進行綜合評估。再根據(jù)各指標的評價標準界限值，采用三角形隸屬函數(shù)公式計算出磁共振成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量單因素評價集R=(rij)m×n，其函數(shù)示意圖，見圖1。

5種評判等級標準如下式：

圖1 三角形隸屬函數(shù)示意圖

1.6 選擇合成算子，計算質(zhì)量因子

選擇乘積算子(·)進行運算，計算模糊綜合評價的評價模型：

再由計算結(jié)果，確定評價等級隸屬度。

對甲、甲-、乙、乙-、丙5個質(zhì)量等級依次賦以分值c1、c2、c3、c4、c5且相鄰等級間的分值間距相等，分值由高到低表示圖像質(zhì)量由好到差，最后采用加權(quán)平均得到評估點的圖像質(zhì)量因子fQ，其計算公式為：

bj表示綜合圖像質(zhì)量相對于第j個質(zhì)量等級的隸屬度。

2 磁共振圖像質(zhì)量指標及其權(quán)重的確定

2.1 圖像質(zhì)量綜合評價指標

磁共振設備圖像質(zhì)量不僅取決于設計過程中賦予的廠商固有質(zhì)量標準，還要受到用戶使用，售后維修質(zhì)量及發(fā)生故障對產(chǎn)品功能危害程度和影響的限制。為使磁共振設備圖像質(zhì)量評價更全面、合理，根據(jù)YY/T 0482-2010，醫(yī)用成像磁共振設備圖像質(zhì)量綜合評價指標主要有：信噪比、均勻度、層厚、高對比度空間分辨率、幾何畸變率。

2.2 圖像質(zhì)量指標等級劃分準則

對圖像質(zhì)量各指標的實測值轉(zhuǎn)化成偏差類指標后即可得到綜合評價的標準數(shù)據(jù)。本文根據(jù)國家衛(wèi)生部發(fā)布的衛(wèi)生行業(yè)標準WS/T 263-2006《醫(yī)用磁共振成像（MRI）設備影像質(zhì)量檢測與評價規(guī)范》，設計了指標體系和質(zhì)量等級劃分準則（表1～2）。本體系暫未考慮其他影響指標，但可根據(jù)實際評價需要調(diào)整以更好地實現(xiàn)全面的評價。

表1 1.5 T磁共振圖像質(zhì)量指標等級劃分準則

考慮到1.5 T和3.0 T磁共振因主磁場不同在同一檢測水平下信噪比的差異[15-17]，單獨對3.0 T磁共振提出了等級劃分準則，見表2。

表2 3.0 T磁共振圖像質(zhì)量指標等級劃分準則

2.3 圖像質(zhì)量指標主觀評價權(quán)重

采用專家現(xiàn)場打分表法對5個評價指標評價磁共振圖像質(zhì)量的權(quán)重進行打分，根據(jù)專家經(jīng)驗賦予給指標的權(quán)重為 WE=（0.25，0.25，0.1，0.15，0.25）。

3 磁共振設備成像質(zhì)量評定驗證分析

以我院門診樓內(nèi)的一臺2010年安裝的Siemens Verio 3.0 T為研究對象，2016年9月份測試數(shù)據(jù)為例，選擇信噪比、均勻度、層厚、高對比度空間分辨率、幾何畸變率5個評價指標，對磁共振設備圖像質(zhì)量進行綜合評價，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 磁共振圖像質(zhì)量評價指標數(shù)據(jù)

3.1 建立決策矩陣，并確定權(quán)重集

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)樣本構(gòu)造如式(1)所示原始評價指標矩陣X，并根據(jù)式(2)，對矩陣X進行歸一化處理為Y。

由式(4)和(5)可以計算出各個指標的信息熵為：H=（0.9431，0.9996，0.9999，0.9997，0.9950）。由式 (6)可計算的熵權(quán)為：WH=（0.9062，0.0066，0.002，0.0052，0.0799）。復合專家權(quán)重后，由式(8)計算的權(quán)重為：W=（0.2395，0.2539，0.1016，0.1523，0.2527）。各評價指標的評價權(quán)重，見表4。

表4 各指標權(quán)重值

3.2 指標隸屬度矩陣

以測試數(shù)據(jù)序號1為例，有式(9)可的隸屬度矩陣R：

3.3 圖像等級的確定

以測試數(shù)據(jù)序號1為例，根據(jù)式(10)可得模糊綜合評價的評價模型B=[0.1269 0.1162 0.1577 0.1263 0.0359]。由式(11)圖像質(zhì)量因子fQ=3.5465。

由圖像質(zhì)量因子可以看出，該監(jiān)測點的磁共振成像性能水平介于乙級和甲-兩個質(zhì)量等級之間，而更偏向于甲-，所以可認為此時刻磁共振成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量為甲-，以此類推，可得到其余監(jiān)測時刻的成像質(zhì)量等級。

3.4 圖像質(zhì)量分析

運用本文評價方法對我院門診磁共振9月份成像性能進行評價，其圖像質(zhì)量因子的變化趨勢，見圖2。

圖2 9月份圖像質(zhì)量因子趨勢圖

圖2中本月序號為12的監(jiān)測時刻圖像質(zhì)量因子最低為2.908582，圖像等級為乙等，理論上可解決臨床診斷問題，但圖像質(zhì)量有待提高，因此本月圖像質(zhì)量尚可，均在乙等以上，這與常規(guī)根據(jù)指標合格數(shù)量判斷臨床照片等級，結(jié)果趨于一致。

圖2中本月序號為7的監(jiān)測時刻為售后服務商保養(yǎng)后測試，圖像質(zhì)量因子為3.375211，圖像等級定位乙等。由圖2觀察服務商維護保養(yǎng)前一周，圖像質(zhì)量因子變化不穩(wěn)定，而在保養(yǎng)結(jié)束后一個月內(nèi)圖像質(zhì)量因子變化較正常，這與實際經(jīng)驗一致。

4 結(jié)論

本文提出了利用三角形隸屬函數(shù)模型來建立磁共振成像系統(tǒng)圖像質(zhì)量評價模型，擬在解決圖像質(zhì)量評價指標參數(shù)與圖像質(zhì)量等級之間難以建立聯(lián)系和量化的問題，所建立的基于熵權(quán)修正的模糊評定法充分利用了專家主觀經(jīng)驗信息和指標測試數(shù)據(jù)的客觀信息來劃分磁共振圖像質(zhì)量等級，根據(jù)圖像質(zhì)量因子確定磁共振設備成像質(zhì)量等級，并利用實例驗證了方法的有效性。同時建立的成像質(zhì)量因子變化趨勢圖，有助于制定最優(yōu)設備維護維修計劃，保障設備處于安全、準確、有效的工作狀態(tài)。

[1]衛(wèi)生部,財政部.大型醫(yī)用設備配置與使用管理辦法[J].中國醫(yī)院,2005,9(3):73-75.

[2]張忠嘉,章宗穆,王亮,等.CT照片質(zhì)量臨床評價標準的研究[J].醫(yī)療設備信息,2001,16(9):5-10.

[3]林意群,康立麗,余曉鍔,等.磁共振成像設備的狀態(tài)檢測和臨床照片評估[J].中華放射學雜志,1999,(2):58-62.

[4]張繼勉,杜鐘慶.33臺醫(yī)用MRI設備影像質(zhì)量狀態(tài)檢測與臨床照片評估[J].國際醫(yī)學放射學雜志,2014,37(1):9-12.

[5]張穆勇,霍娟,芮曉明.基于熵權(quán)修正的風電機組可靠性模糊評價方法[J].中國電力,2014,47(5):136-140.

[6]瞿紅春,劉杰,甘曉燕.基于信息熵-模糊理論的航空發(fā)動機性能評估[J].中國民航大學學報,2009,27(2):23-25.

[7]瞿紅春,劉杰,王太勇,等.一種基于信息熵的航空發(fā)動機性能評估方法[J].機械科學與技術(shù),2009,28(6):701-704.

[8]譚巍,李冬,樊照遠,等.基于模糊信息熵的航空發(fā)動機性能評估和可靠性分析[J].航空發(fā)動機,2011,37(5):45-48.

[9]于春雨,劉新華,李鋒.基于信息熵的小子樣產(chǎn)品模糊可靠性評價方法[J].電測與儀表,2011,48(6):93-96.

[10]吳奕,朱海兵,周志成,等.基于熵權(quán)模糊物元和主元分析的變壓器狀態(tài)評價[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2015,43(17):1-7.

[11]陶洪才,韓志輝.基于熵權(quán)法的售電公司客戶選擇評估指標權(quán)重計算方法:中國,CN107194618A[P].2017-09-22.

[12]任國荃.磁共振成像設備應用質(zhì)量檢測技術(shù)與評審[M].北京:人民軍醫(yī)出版社,2005.

[13]DB13/T 1283.7-2010,醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)應用質(zhì)量等級評定技術(shù)規(guī)范[S].

[14]JJG(閩)1041-2011,醫(yī)用磁共振成像(MRI)系統(tǒng)[S].

[15]金瑋,王龍辰,李斌.磁共振射頻線圈單元數(shù)對圖像信噪比的影響[J].中國醫(yī)療設備,2012,27(8):116-119.

[16]王龍辰,金瑋,李逸明,等.3.0 T磁共振相控陣線圈信噪比計算方法的定量對比研究[J].中國醫(yī)療器械雜志,2013,(1):10-13.

[17]儲呈晨,王龍辰,畢帆,等.磁共振圖像質(zhì)量控制中的若干評價指標探討[J].中國醫(yī)療設備,2016,31(7):124-127.